虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1數(shù)據(jù)安全的互操作性在過(guò)去的10年里，存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展了從最初的嵌入式存儲(chǔ)系統(tǒng)（pmdstream）到直接存儲(chǔ)系統(tǒng)（randstream）和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)（sun）的相對(duì)應(yīng)性。信息資源的快速增長(zhǎng)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展提出了更高的要求，而且信息資源共享的重要性也越來(lái)越重要。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不同存儲(chǔ)設(shè)備廠商的產(chǎn)品之間缺乏互操作性,使得用戶很可能被某一廠商“鎖定”,不能實(shí)現(xiàn)不同廠商存儲(chǔ)設(shè)備之間的自由選擇;同時(shí)信息和數(shù)據(jù)也很難實(shí)現(xiàn)在不同存儲(chǔ)設(shè)備間的充分共享.存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的提出,為解決這些問(wèn)題提供了一種良好的解決方案.2存儲(chǔ)輔助虛擬存儲(chǔ)存儲(chǔ)虛擬化(storagevirtualization)按照一定的虛擬存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)將不同的物理存儲(chǔ)設(shè)備(如RAID、JBOD、磁帶庫(kù)等)通過(guò)不同的接口協(xié)議(如SCSI、ISCSI、IFCP等)整合成一個(gè)虛擬的存儲(chǔ)池,為用戶提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù),實(shí)現(xiàn)資源共享.通過(guò)虛擬化實(shí)現(xiàn)物理存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器所見(jiàn)的存儲(chǔ)設(shè)備視圖分開(kāi),提供一個(gè)統(tǒng)一的邏輯存儲(chǔ)空間給服務(wù)器,服務(wù)器所能看到的是一個(gè)邏輯的存儲(chǔ)空間,而不知道實(shí)際物理存儲(chǔ)設(shè)備的位置、路徑和每個(gè)設(shè)備的具體特點(diǎn).存儲(chǔ)虛擬化還能動(dòng)態(tài)地改變邏輯空間到物理存儲(chǔ)設(shè)備的映射,不需要改動(dòng)任何服務(wù)器程序設(shè)置和應(yīng)用設(shè)置.存儲(chǔ)虛擬化實(shí)現(xiàn)對(duì)物理存儲(chǔ)進(jìn)行透明訪問(wèn).存儲(chǔ)系統(tǒng)可以在3個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)虛擬化:(1)基于主機(jī)的虛擬存儲(chǔ):這種實(shí)現(xiàn)方法又稱(chēng)為邏輯卷管理,將磁盤(pán)上的物理塊和邏輯單元號(hào)(LUN)被映射成邏輯卷號(hào).服務(wù)器或主機(jī)看到的是一個(gè)虛擬的邏輯卷空間.基于主機(jī)的存儲(chǔ)管理軟件,在系統(tǒng)和應(yīng)用級(jí)上,實(shí)現(xiàn)多機(jī)間存儲(chǔ)共享、存儲(chǔ)資源管理和數(shù)據(jù)復(fù)制等任務(wù).(2)基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬存儲(chǔ):運(yùn)行在磁盤(pán)陣列固件中的程序能把多個(gè)磁盤(pán)陣列映射成一個(gè)連續(xù)的邏輯磁盤(pán)空間.這種實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器的性能影響最小.基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬方法目前最常見(jiàn)的是虛擬磁盤(pán).虛擬磁盤(pán)是指把多個(gè)物理磁盤(pán)按照一定的方式組織起來(lái)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬邏輯設(shè)備.(3)基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn):基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化由網(wǎng)絡(luò)本身來(lái)實(shí)現(xiàn),目前最常見(jiàn)的是光纖通道網(wǎng)絡(luò),這種虛擬化就是由光纖通道交換機(jī)、路由器等實(shí)現(xiàn).基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化可分為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(In-Band)和非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(Out-Band)兩種,結(jié)構(gòu)如圖1所示.在分布式存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中,存儲(chǔ)虛擬化為存儲(chǔ)設(shè)備的管理帶來(lái)了極大的方便,實(shí)現(xiàn)了邏輯設(shè)備與硬件設(shè)備的充分隔離.3服務(wù)器的虛擬化存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(SAN)是一種分布式的存儲(chǔ)技術(shù),是存儲(chǔ)系統(tǒng)模型的最新發(fā)展,有望解決數(shù)據(jù)爆炸性發(fā)展所帶來(lái)的難題.存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)是連接主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò),在多臺(tái)主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間,存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)能提供任意兩個(gè)端口之間的通信信道.存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)有不同于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的協(xié)議堆棧和物理設(shè)備.SAN虛擬化根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)可以分為基于專(zhuān)用服務(wù)器、基于交換機(jī)和基于路由器三種方式.(1)基于專(zhuān)用服務(wù)器的SAN虛擬化.基于服務(wù)器的虛擬化將虛擬化層放在應(yīng)用服務(wù)器上.根據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的控制信息和數(shù)據(jù)信息所處通道是否相同,分為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)兩種.在對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)中控制信息和數(shù)據(jù)信息處于同一通道;在非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)中控制信息和數(shù)據(jù)信息通道是分離的.(2)基于存儲(chǔ)路由器的SAN虛擬化.在專(zhuān)用服務(wù)器的虛擬化結(jié)構(gòu)中,對(duì)稱(chēng)方式和非對(duì)稱(chēng)方式都存在明顯缺點(diǎn),專(zhuān)用服務(wù)器可能成為瓶頸,制約系統(tǒng)的性能.基于路由器的方法是在路由器上加載存儲(chǔ)虛擬化層,使得路由器具有智能,在進(jìn)行協(xié)議解析和路徑路由的同時(shí),可以開(kāi)展虛擬化工作.虛擬化層不需要在應(yīng)用服務(wù)器上增加軟件模塊,減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性和對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境的依賴性.控制信息和全局?jǐn)?shù)據(jù)存放在多個(gè)路由器上,能解決專(zhuān)用路由器帶來(lái)的容錯(cuò)和瓶頸問(wèn)題.(3)基于交換機(jī)的SAN虛擬化.基于交換機(jī)的虛擬方法是把虛擬層模塊嵌入交換機(jī)的固件或放置附屬于交換機(jī)的服務(wù)器上,由交換機(jī)來(lái)完成虛擬化的功能.它不需要在每臺(tái)主機(jī)上安裝代理,因此不存在安全問(wèn)題,在異構(gòu)環(huán)境中也能提供更多的互操作性,同時(shí)它的可擴(kuò)展性也很好.4基于sa技術(shù)的系統(tǒng)共享和管理通過(guò)對(duì)目前存在的SAN虛擬技術(shù)的分析,文中提出了對(duì)SAN虛擬化的兩個(gè)改進(jìn),通過(guò)SAN卷管理器和SAN文件系統(tǒng),更好地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下對(duì)物理存儲(chǔ)設(shè)備的共享和管理.(1)存儲(chǔ)區(qū)域邏輯在一般情況下,服務(wù)器是和具體的設(shè)備映射的,通過(guò)SAN的卷管理器,服務(wù)器是和虛擬磁盤(pán)映射,從而形成一個(gè)虛擬層.通過(guò)卷管理器,形成了主機(jī)區(qū)域和磁盤(pán)區(qū)域.每個(gè)卷控制器由兩個(gè)或多個(gè)引擎構(gòu)成,這些引擎互為備份,保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性.存儲(chǔ)設(shè)備池中的磁盤(pán)完全由卷控制器管理,應(yīng)用服務(wù)器能夠直接存取的是邏輯地址,物理存儲(chǔ)設(shè)備的變化對(duì)應(yīng)用服務(wù)器訪問(wèn)的邏輯地址沒(méi)有影響,物理存儲(chǔ)設(shè)備可以在應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行期間進(jìn)行替換,為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的持續(xù)運(yùn)行提供保證.(2)改進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供一個(gè)集中的文件和數(shù)據(jù)控制方法,實(shí)現(xiàn)文件訪問(wèn)的平臺(tái)無(wú)關(guān)性.SAN文件系統(tǒng)是專(zhuān)為存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),通過(guò)SAN文件元信息控制器而不是服務(wù)器管理管理文件訪問(wèn)細(xì)節(jié).SAN文件系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的名字空間和管理,應(yīng)用服務(wù)器作為SAN文件系統(tǒng)的客戶,通過(guò)SAN文件系統(tǒng)獲得文件信息,實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的文件共享,不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)可以對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)文件的訪問(wèn).為防止SAN文件系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的瓶頸,設(shè)計(jì)了一個(gè)服務(wù)器構(gòu)成的集群作為SAN文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)控制器,同時(shí)通過(guò)在客戶端緩存文件元數(shù)據(jù)信息,提供給應(yīng)用服務(wù)器直接訪問(wèn)存儲(chǔ)文件的能力,使應(yīng)用服務(wù)器可以類(lèi)似訪問(wèn)本地文件系統(tǒng)一樣訪問(wèn)SAN上的文件.改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.5基于sa的系統(tǒng)sa文中介紹了存儲(chǔ)虛擬化內(nèi)容